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第五章 简单控制系统 教学要求：掌握简单控制系统的组成 掌握被控变量的选择方法及原则 掌握操纵变量的选择方法及原则，学会分析对象静态、动态特性对控制质量的影响。 了解系统设计中的测量变送问题 掌握控制器控制规律的选择及控制器正反作用选择 了解简单控制系统的投运过程及参数整定方法 通过单回路控制系统的设计实例讲解，掌握单回路控制系统的设计 重 点： 被控变量、操纵变量的选择 控制器正反作用选择 难 点： 操纵变量的选择 控制器正反作用选择 §5.1 简单控制系统设计原则 简单控制系统（单回路控制系统）是指由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。 对象 对象 控制器 执行器 测量变送装置 干扰 被控变量 给定值 偏差 一、 被控变量的选择 被控变量选择方法 方法一：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于测量的参数作为被控变量，称为直接参数法。 方法二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量，称为间接参数法。 选择被控变量的原则 1. 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控变量。 2. 当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被控变量。 ⑴ 满足工艺的合理性 ⑵ 具有尽可能大的灵敏度且线形好 ⑶ 测量变送装置的滞后小。 二、操纵变量的选择 选择操纵变量，就是从诸多影响被控变量的输入参数中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的输入参数，作为操纵变量，而其余未被选中的所有输入量则视为系统的干扰。 1. 对象静态特性对控制质量的影响 ＫＯ应适当大些。 扰动通道放大倍数Kf越小越好。Ｋf小表示扰动对被控变量的影响小，系统可控性好。 小结：选择操纵变量构成控制系统时，从静态角度考虑，在工艺合理性的前提下，扰动通道的放大倍数Ｋf越小越好，控制通道放大倍数ＫＯ希望适当大些，以使控制通道灵敏些。 2. 对象动态特性的影响 对象的动态特性一般可由时间常数Ｔ和纯滞后τ来描述。 设扰动通道时间常数为Ｔf，纯滞后为τf；控制通道的时间常数为Ｔo，纯滞后为τo。下面我们分别进行讨论。 ⑴ 对扰动通道特性的影响 Ｔf　对控制质量的影响 纯滞后τf对控制质量的影响 ⑵ 对控制通道的影响 在选择操纵变量构成控制系统时，应使对象控制通道中τ0适当小些，设法减小τ0。 3. 操纵变量的选择原则 ⑴ 要构成的控制系统，其控制通道特性应具有足够大的放大系数，比较小的时间常数及尽可能小的纯滞后时间。 ⑵ 系统主要扰动通道特性应该具有尽可能大的时间常数和尽可能小的放大系数。 ⑶考虑工艺上的合理性。如生产负荷直接关系到产品的质量，就不宜选为操纵变量。 例：乳化物干燥塔操纵变量的选择 三、 系统设计中的测量变送问题 1. 纯滞后 2. 测量滞后 3. 传送滞后 传送滞后------信号传送过程中引起的滞后。主要指的是气信号的传送，对于电信号这种传送滞后可以忽略不计。 四、 控制器对控制规律及正反作用的选择 1. 控制器对控制规律的选择 复习基本控制规律对过渡过程的影响。 控制规律选择的原则是： 1. 对于一些对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺要求又不太高的控制系统，可选用比例控制器。象贮罐的液面，以及不太重要的蒸汽压力等控制系统。 2. 对象控制通道滞后较小，负荷变化不大，但不允许有余差的情况，可选用比例积分控制器。例如流量、管道压力等控制系统往往采用ＰＩ控制器。 3. 当对象滞后较大，如温度、ＰＨ值等控制系统则需引入微分作用。一般在对象滞后较大，负荷变化也较大，控制质量又要求较高时，可选用比例（P）积分（I）微分（D）控制器。 4. 当对象控制通道的滞后很小，采用反微分作用可以收到良好的效果。 5. 当对象滞后很大，负荷又变化很大时，PID作用控制器也不能解决问题，往往要设计某些复杂控制系统。 2. 控制器正反作用的选择 控制器正反作用的确定有两种方法： 逻辑推理方法： 方块图法（符号法）：利用控制系统方块图中各环节的符号来确定控制器正、反作用 定义环节正、负符号的定义： 凡是输入增大导致输出也增大的为“＋”，反之为“－”。 测量变送环节：当被控变量增加时其输出量也是增加的，作用方向一般都是“＋”， 控制阀环节：气开式，输入增大输出也增大，定义为“＋”； 气关阀定义为“－”。 受控对象环节：只需考虑控制通道输出与输入信号的关系。当操纵变量增加时，被 控变量也增加的对象定义为“＋”；反之，被控变量减小的定义为“－”。 控制器环节：将其看成仅以测量值为输入（